[发明专利]四相高频低相噪前馈交叉耦合环形压控振荡器

说明书

本发明公开了一种四相高频低相噪前馈交叉耦合环形压控振荡器，其包括四个直接路径反相器和四个前馈路径反相器，其中所述直接路径反相器的输入、输出顺序连接构成主反馈回路，所述前馈路径反相器用来提供前馈信号，每个所述前馈路径反相器的输出耦合至对应的一个直接路径反相器地端VSS，形成交叉耦合；所述交叉耦合的两个不同类型的反相器构成一个振荡单元。本发明具有结构简单、应用范围广、高振荡频率和低相位噪声等优点。

技术领域

本发明主要涉及到集成电路设计中压控振荡器领域，特指一种四相高频低相噪前馈交叉耦合环形压控振荡器。

背景技术

压控振荡器(VCO)是锁相环(PLL)的核心模块，其相位噪声和功耗面积是主要关心指标。随着工艺进步，相较于LC VCO，环形VCO具有更高的调谐范围、更小的芯片面积、更高的集成度等优势。

尽管差分环形VCO可以提供对称的偶相输出，在需要多项位的应用中具有优势，但是差分环形VCO的实现需要更大的面积、更高的功耗以及额外的尾电流源电路。

有从业者提出一种前馈耦合环形VCO，其可以在避免这些问题的同时通过每一级延迟单元产生精确的多相输出。但是业界并没有一款高振荡频率、低相位噪声的前馈耦合环形VCO，这对于VCO在研究和实际应用是十分有意义的。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、应用范围广、具有高振荡频率和低相位噪声的四相高频低相噪前馈交叉耦合环形压控振荡器。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种四相高频低相噪前馈交叉耦合环形压控振荡器，其包括四个直接路径反相器和四个前馈路径反相器，其中所述直接路径反相器的输入、输出顺序连接构成主反馈回路，所述前馈路径反相器用来提供前馈信号，每个所述前馈路径反相器的输出耦合至对应的一个直接路径反相器地端VSS，形成交叉耦合；所述交叉耦合的两个不同类型的反相器构成一个振荡单元。

作为本发明的进一步改进：每一个振荡单元产生90°相移的信号，最终整个VCO环路产生0°、90°、180°、270°四相位输出。

作为本发明的进一步改进：四个所述振荡单元形成四级振荡回路，构成“零平衡”稳定状态，前馈信号注入直接路径反相器的地端，使得直接路径稳态破坏，建立振荡条件。

作为本发明的进一步改进：每个振荡单元中包括一个直接路径反相器和一个前馈路径反相器，所述直接路径反相器包括一个PMOS晶体管和一个NMOS晶体管；所述前馈路径反相器包括一个PMOS晶体管和一个NMOS晶体管；外部电流源IBIAS通过两个PMOS晶体管向直接路径反相器和前馈路径反相器提供振荡电流。

作为本发明的进一步改进：所述直接路径反相器中的NMOS晶体管的源端与所述前馈路径反相器的输出相连，所述前馈路径反相器中的NMOS晶体管的远端接地。

作为本发明的进一步改进：所述前馈路径反相器用来正常充放电，所述直接路径反相器的充放电受到前馈路径反相器输出的限制。

作为本发明的进一步改进：每个振荡单元中包括第一连接线N1、第三连接线N3、第四连接线N4、第五连接线N5，所述第四连接线N4与第五连接线N5的电压变化均由第三连接线N3的信号所控制。

作为本发明的进一步改进：所述第三连接线N3的电压为低电平时，第四连接线N4，第五连接线N5上的电压几乎同时上升；所述第三连接线N3的电压为高电平时，第五NMOS晶体管NM5处于开启状态，所述第五连接线N5上电压开始降低，在第五连接线N5上的电压没有降至直接路径反相器中NMOS晶体管的开启条件时，第一连接线N1的电压会始终处于高电平状态；当第五连接线N5上的电压满足直接路径反相器中NMOS晶体管的开启条件时，直接路径反相器中NMOS晶体管开始放电，第一连接线N1处的电压开始下降。